JP4679183B2 - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、演色性に優れバックライトや照明源として好適な発光装置及び照明装置に関する。

近年、光度価格比の高いパッケージとして補色関係にある青色ＬＥＤ（発光ダイオード）と黄色蛍光体との組み合わせによる混色で、白色系の発光を得るＬＥＤ装置が市販されているが、演色性（照明で照らしたときに自然な色合いの発色が得られる指数）が低いという不都合があった。すなわち、青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組み合わせでは、緑色成分及び赤色成分の両スペクトルが含まれていない又は弱いため、液晶ディスプレイのバックライトや照明用光源用等としては、演色性が十分でなかった。

このため、従来、演色性の向上を図るために、例えば、特許文献１には、図７の（ａ）に示すように、青色系のＬＥＤ１の周囲を覆う封止樹脂２中に緑色蛍光体３及び赤色蛍光体４の両方を分散させることで、光の三原色を出して演色性を高める技術が提案されている。
また、特許文献２には、図７の（ｂ）に示すように、紫外光ＬＥＤ５の周囲を覆う封止樹脂６中に青色蛍光体７、緑色蛍光体３及び赤色蛍光体４のそれぞれを分散させることにより、光の三原色を出して演色性を高める技術も提案されている。

特開２００１−１４４３３１号公報（特許請求の範囲、図１３） 特開２００４−１２７９８８号公報（特許請求の範囲、図２）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
従来の方式である青色系のＬＥＤ１や紫外光ＬＥＤ５の単色ＬＥＤと、青色、緑色及び赤色の複数色の蛍光体３、４、７と、を組み合わせて光の三原色を得る技術では、演色性が向上するものの蛍光効率が悪く、要求光度を得ることが困難であった。すなわち、単色ＬＥＤの単色光で複数色の蛍光体を励起しなければならず、単色光の高い輝度が要求されると共に単色光に対する各蛍光体の蛍光効率が異なるため、十分な光度及びより良好な演色性を得ることができなかった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、高光度が得られると共に演色性に富んだ白色光を得ることができる発光装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の発光装置は、青色系の半導体発光素子と、緑色系の半導体発光素子と、前記青色系の半導体発光素子からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する黄色蛍光体と、前記緑色系の半導体発光素子からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する赤色蛍光体と、を備えていることを特徴とする。

この発光装置では、青色系の半導体発光素子からの青色光と、黄色蛍光体からの黄色光と、緑色系の半導体発光素子からの緑色光と、赤色蛍光体からの赤色光と、をそれぞれ放出することで、Ｒ（赤）／Ｇ（緑）／Ｂ（青）の光の三原色及び青色と補色関係の黄色が得られて、優れた演色性を有することができる。また、２つのＬＥＤ等の半導体発光素子で蛍光体を励起することにより、高い光度を得ることができると共に、２つの半導体発光素子の相互の発光強度を調整することにより、演色性や色温度の調整が可能となる。

また、本発明の発光装置は、前記黄色蛍光体と前記赤色蛍光体とが分散混入された黄赤色封止樹脂により前記青色系の半導体発光素子及び前記緑色系の半導体発光素子が一体に被覆されていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、黄赤色封止樹脂により青色系及び緑色系の半導体発光素子が一体に被覆されていることにより、青色系の半導体発光素子からの青色光及び緑色系の半導体発光素子からの緑色光を励起光として黄赤色封止樹脂中の黄色蛍光体から黄色光が放出されると共に、緑色系の半導体発光素子からの緑色光及び青色系の半導体発光素子からの青色光を励起光として黄赤色封止樹脂中の赤色蛍光体から赤色光が放出される。すなわち、簡易な構成で良好な混色性が得られる。したがって、２つの半導体発光素子からの励起光により黄赤色封止樹脂から黄色光及び赤色光を得ることができ、高輝度で黄色成分及び赤色成分の富んだ優れた演色性を単純な構成で得ることができる。

また、本発明の発光装置は、前記黄色蛍光体が分散混入された黄色封止樹脂により前記青色系の半導体発光素子が被覆された青黄発光部と、前記赤色蛍光体が分散混入された赤色封止樹脂により前記緑色系の半導体発光素子が被覆された赤緑発光部と、を備えていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、青黄発光部及び赤緑発光部において、黄色蛍光体と赤色蛍光体とが別々の封止樹脂に分散混入され、それぞれ個別に青色系の半導体発光素子の青色光及び緑色系の半導体発光素子の緑色光で励起されるので、効率的に黄色蛍光及び赤色蛍光を得ることができる。したがって、上記黄赤色封止樹脂により青色系及び緑色系の半導体発光素子が一体に被覆される場合では、それぞれの半導体発光素子の励起光で得られた蛍光が、組み合わせの異なる蛍光体に遮られてしまい、その分の光度が減少してしまうが、この発明では、単色励起光と単色蛍光体とを一対一でそれぞれ個別に被覆することで、他の蛍光体に遮光されてしまうことを抑制することができる。

また、本発明の発光装置は、前記青黄発光部と前記赤緑発光部とが所定間隔を空けて隣接して配されていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、隣接する青黄発光部と赤緑発光部との間に間隔が空けてあるため、一方の蛍光体で発した蛍光を他方の蛍光体が遮ることを緩和することができる。

さらに、本発明の発光装置は、前記青黄発光部と前記赤緑発光部とが光を遮蔽する隔壁部を介して隣接して配されていることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、隔壁部により隣接する青黄発光部と赤緑発光部との間の光の侵入を防ぐので、より他方の蛍光体による遮光を防止することができる。

また、本発明の発光装置は、前記赤色蛍光体が、Ｅｕが固溶したＣａＡｌＳｉＮ_３蛍光体であることを特徴とする。すなわち、この発光装置では、赤色蛍光体としてＥｕが固溶したＣａＡｌＳｉＮ_３蛍光体を用いるので、緑色光を励起光として吸収して赤色光の蛍光を高効率に発することが可能になり、より強い赤色成分を得ることができる。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置と、前記発光装置を実装した回路基板と、を備えていることを特徴とする。
この照明装置では、上記本発明の発光装置を回路基板上に実装しているので、演色性に優れた白色光により、種々の機器における液晶ディスプレイのバックライトや照明光源として対象を良好に照明することができると共に、照明の際に演色性や色温度の調整が可能となる。

また、本発明の照明装置は、前記回路基板上に前記発光装置が複数実装されていることを特徴とする。すなわち、この照明装置では、複数の発光装置を回路基板上に実装することで、高輝度で広面積の液晶ディスプレイのバックライト等に好適な照明光源とすることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る発光装置によれば、青色系の半導体発光素子からの青色光と、これを励起光とした黄色蛍光体からの黄色光と、緑色系の半導体発光素子からの緑色光と、これを励起光とした赤色蛍光体からの赤色光と、をそれぞれ放出するので、高い光度で優れた演色性を有する白色光を得ることができると共に、上記２つの半導体発光素子の発光強度調整で演色性や色温度の調整が可能となる。したがって、この発光装置を用いた本発明の照明装置によれば、ＲＧＢのカラーフィルタを使用した液晶ディスプレイのバックライト、メータやインジケータ等の照明光源として、高輝度で演色性に優れた白色照明が可能になると共に、演色性や色温度の調整により表現力を格段に向上させることができる。

以下、本発明に係る発光装置の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１０は、図１に示すように、青色ＬＥＤ（青色系の半導体発光素子）１１と、緑色ＬＥＤ（緑色系の半導体発光素子）１２と、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２を表面上にＡｇペースト等で接着実装した基板１３と、基板１３上で青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２を一体に被覆し黄色蛍光体１４及び赤色蛍光体１５とが分散混入された黄赤色封止樹脂１６と、を備えている。

上記青色ＬＥＤ１１は、例えば発光波長帯域が４７０〜４９０ｎｍであるＩｎＧａＮ系化合物半導体を用いた高効率の青色発光ダイオード素子である。
また、上記緑色ＬＥＤ１２は、例えば発光波長帯域が４９０〜５２０ｎｍであるＩｎＧａＮ系又はＧａＰ系化合物半導体を用いた高効率の緑色発光ダイオード素子である。

上記基板１３は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板であり、外部との接続用電極（図示略）のパターンが形成されている。
なお、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２と基板１３との電気的接続については、図示を省略しているが青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２の各電極と、基板１３上に形成された接続用電極とを、Ａｇペースト等の導電性接着材料やワイヤーボンディングによるワイヤー等で接続することにより電気的に導通させている。

上記黄色蛍光体１４は、青色ＬＥＤ１１からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する粒子状の蛍光体材料であって、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系、デルビウム系、ストロンチウム系、リン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系等の蛍光体が用いられる。

また、上記赤色蛍光体１５は、緑色ＬＥＤ１２からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する粒子状の蛍光体材料であって、例えば、Ｅｕ^２＋（ユーロピウム）固溶のＣａＡｌＳｉＮ_３（カルシウム・アルミニウム・シリコン三窒化物）蛍光体等が用いられる。従来から知られているブラウン管等に使われている酸化イットリウムを母体とする赤色蛍光体は、電子線や紫外線ではよく蛍光を発するが、可視光ではほとんど蛍光を発しない。しかしながら、上記Ｅｕ^２＋固溶のＣａＡｌＳｉＮ_３蛍光体は、青色光から緑色光までの励起光に対して上記紫外用赤色蛍光体と同等の高い発光強度で赤色光を発する蛍光体であり、本実施形態に好適な赤色蛍光体である。

上記黄色蛍光体１４及び赤色蛍光体１５を含有する黄赤色封止樹脂１６は、エポキシ樹脂又はシリコン樹脂等の透明樹脂を主とするものである。この黄赤色封止樹脂１６は、用途に応じて略直方体状又は砲弾型にモールド成型される。

このように本実施形態では、青色ＬＥＤ１１からの青色光と、黄色蛍光体１４からの黄色光と、緑色ＬＥＤ１２からの緑色光と、赤色蛍光体１５からの赤色光と、をそれぞれ放出することで、ＲＧＢの光の三原色及び青色と補色関係の黄色が得られて、優れた演色性を有することができる。また、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２でそれぞれ黄色蛍光体１４及び赤色蛍光体１５を励起することにより、効率的に高い光度を得ることができると共に、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２の相互の発光強度を調整することにより、演色性や色温度の調整が可能となる。

次に、本発明に係る第２実施形態を、図２を参照しながら説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では黄色蛍光体１４及び赤色蛍光体１５とが分散混入された黄赤色封止樹脂１６が、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２を一体に被覆しているのに対し、第２実施形態の発光装置２０では、図２に示すように、黄色蛍光体１４が分散混入された黄色封止樹脂２６Ａにより青色ＬＥＤ１１が被覆された青黄発光部２１と、赤色蛍光体１５が分散混入された赤色封止樹脂２６Ｂにより緑色ＬＥＤ１２が被覆された赤緑発光部２２と、を備えている点である。

すなわち、第２実施形態では、黄色蛍光体１４と赤色蛍光体１５とがそれぞれ黄色封止樹脂２６Ａ及び赤色封止樹脂２６Ｂに分けられて互いに密接して配されている。第１実施形態のように黄赤色封止樹脂１６により青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２が一体に被覆される場合では、それぞれのＬＥＤの励起光で得られた蛍光が、組み合わせの異なる蛍光体に遮られてしまい、その分の光度が減少してしまう。これに対して、第２実施形態では、黄色蛍光体１４と赤色蛍光体１５とが個別に青色ＬＥＤ１１の青色光及び緑色ＬＥＤ１２の緑色光で励起されるので、効率的に黄色蛍光及び赤色蛍光を得ることができると共に、他の蛍光体に遮光されてしまうことを抑制することができる。

次に、本発明に係る第３及び第４実施形態を、図３及び図４を参照しながら説明する。

第３実施形態と第２実施形態との異なる点は、第２実施形態では青黄発光部２１と赤緑発光部２２とが密着状態に隣接しているのに対し、第３実施形態の発光装置３０では、図３に示すように、青黄発光部２１と赤緑発光部２２とが所定間隔を空けて隣接して配されている点である。すなわち、第３実施形態では、隣接する青黄発光部２１と赤緑発光部２２との間に間隔が空けてあるため、一方の蛍光体で発した蛍光を他方の蛍光体が遮ることを緩和することができる。

第４実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では青黄発光部２１と赤緑発光部２２との間に空間を設けて間隔が空けてあるのに対し、第４実施形態の発光装置４０では、図４に示すように、青黄発光部２１と赤緑発光部２２とが光を遮蔽する隔壁部４１を介して隣接して配されている点である。すなわち、第４実施形態では、隔壁部４１が青黄発光部２１と赤緑発光部２２との間に配されてこれらを分断することで、相互の光の侵入を防いで光の混ざり込みを防止するので、より他方の蛍光体による遮光を防止することができる。なお、隔壁部４１は、例えばプラスチック材や金属材等で形成されている。また、隔壁部４１の表面を、鏡面処理したり、反射膜を形成したりすれば、隔壁部４１の表面を反射面とすることができ、より高い光度を得ることができる。

次に、本発明に係る第５及び第６実施形態について、図５及び図６を参照して以下に説明する。

第５実施形態と第３実施形態との異なる点は、第３実施形態では、青黄発光部２１と赤緑発光部２２とが一つの基板１３上に接着されているのに対し、第５実施形態の照明装置では、図５に示すように、青黄発光部２１が青黄側基板５３上に接着された青黄側パッケージ５１と、赤緑発光部２２が赤緑側基板５４上に接着された赤緑側パッケージ５２と、からなる発光装置５０が、マザーボード（回路基板）５５上に固定されている点である。

なお、青黄側基板５３及び赤緑側基板５４は、例えば略直方体形状のガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板やメタルコア基板等の絶縁性基板であり、マザーボード５５との接続用電極（図示略）のパターンが形成されている。また、マザーボード５５には、青黄側基板５３及び赤緑側基板５４の接続用電極と電気的に接続される回路パターン（図示略）が少なくとも実装面に形成されている。

すなわち、第５実施形態では、青黄側パッケージ５３と赤緑側パッケージ５４とからなる発光装置５０がマザーボード５５上に搭載されて照明装置を構成している。このように本実施形態では、高光度で演色性に優れた発光装置５０をマザーボード５５上に実装しているので、演色性に優れた白色光により、種々の機器における液晶ディスプレイのバックライトや照明光源として対象を良好に照明することができると共に、照明の際に演色性や色温度の調整が可能となる。

第６実施形態と第５実施形態との異なる点は、第５実施形態では、青黄発光部２１が青黄側基板５３上に接着された青黄側パッケージ５１と、赤緑発光部２２が赤緑側基板５４上に接着された赤緑側パッケージ５２と、をマザーボード５５上に実装しているのに対し、第６実施形態では、図６に示すように、青黄発光部２１と赤緑発光部２２とからなる複数の発光装置６０が直接マザーボード（回路基板）６５上に接着固定されている点である。なお、マザーボード６５には、青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２とＡｇペースト等の導電性接着剤及びワイヤーボンディングのワイヤー等を介して電気的に接続するための電極パッド（図示略）及び回路パターン（図示略）が形成されている。

すなわち、第６実施形態では、複数の発光装置６０をマザーボード６５上にアレイ状に実装することで、高輝度で広面積の液晶ディスプレイのバックライト等に好適な光源とすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、半導体発光素子として青色ＬＥＤ１１及び緑色ＬＥＤ１２を用いたが、青色ＬＤ（半導体レーザ）及び緑色ＬＤを適用しても構わない。
また、上記各実施形態の発光装置１０、２０、３０、４０、５０、６０及びこれを用いた照明装置は、広面積の液晶ディスプレイのバックライト以外に、携帯電話等の小面積液晶ディスプレイの導光板照明やメータ類又はインジケータ類のバックライトユニット等の種々の照明光源に適用しても構わない。

本発明に係る第１実施形態の発光装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第２実施形態の発光装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第３実施形態の発光装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第４実施形態の発光装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第５実施形態の発光装置及び照明装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る第６実施形態の発光装置及び照明装置を示す概略的な断面図である。 本発明に係る従来例の発光装置を示す概略的な断面図である。

符号の説明

１１…青色ＬＥＤ（青色系の半導体発光素子）、１０、２０、３０、４０、５０、６０…発光装置、１２…緑色ＬＥＤ（緑色系の半導体発光素子）、１４…黄色蛍光体、１５…赤色蛍光体、１６…黄赤色封止樹脂、２１…青黄発光部、２２…赤緑発光部、２６Ａ…黄色封止樹脂、２６Ｂ…赤色封止樹脂、４１…隔壁部、５５、６５…マザーボード（回路基板）

Claims (5)

1. 青色系の半導体発光素子と、
   緑色系の半導体発光素子と、
   前記青色系の半導体発光素子からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する黄色蛍光体と、
   前記緑色系の半導体発光素子からの緑色光を励起光として吸収して赤色系の蛍光を発する赤色蛍光体と、を備え、
   前記黄色蛍光体が分散混入された黄色封止樹脂により前記青色系の半導体発光素子が被覆された青黄発光部と、
   前記赤色蛍光体が分散混入された赤色封止樹脂により前記緑色系の半導体発光素子が被覆された赤緑発光部と、を備え、
   前記青黄発光部と前記赤緑発光部とが所定間隔を空けて隣接して配されていることを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、
   前記青黄発光部と前記赤緑発光部とが光を遮蔽する隔壁部を介して隣接して配されていることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１または２に記載の発光装置において、
   前記赤色蛍光体が、Ｅｕが固溶したＣａＡｌＳｉＮ_３蛍光体であることを特徴とする発光装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の発光装置と、
   前記発光装置を実装した回路基板と、を備えていることを特徴とする照明装置。
5. 請求項４に記載の照明装置において、
   前記回路基板上に前記発光装置が複数実装されていることを特徴とする照明装置。

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